浅谈双层幕墙在工程中的应用

浅谈双层幕墙在工程中的应用

1双层幕墙设计双轩墙作为一种新型的防火墙形式，具有科技进步、节能环保的特点。然而，由于目前双轩墙项目较少，设计和施工技术数据相对不足，因此有必要对双轩墙进行研究。本项技术研究主要依托于成都市凤凰山体育中心商业配套幕墙工程，其建筑造型的设计理念是运用类似潺潺流水的线条，以流动的造型与整体图案相连，工程依偎在主场馆一侧，外立面层叠交错，金属表皮的颜色质感与肌理大小随外立面的造型流线逐渐变化，使表面呈现出波光粼粼的视觉效果，工程效果如图1所示。本工程双层幕墙由内外两层表皮组成，内侧则为从下到上的竖明横隐玻璃幕墙，层间采用铝板封修。外侧为曲面穿孔铝板形成的金属幕墙，主要起到装饰及遮阳作用，主要分布在酒店部位和商业楼部位的外墙立面位置，沿工程周圈呈不规则斜向布置，尤其在主入口及转角部位更是形成了双曲形态，整体造型复杂。通过本项技术研究主要形成了一套兼顾装饰效果、结构安全、保温节能的新型双层幕墙技术体系，并最终实现了双层幕墙系统的装配式设计和施工。2内钢铝结合玻璃窗帘系统的研究2.1结构组成及其特点建筑内侧设计研发了两种形式的钢铝结合玻璃幕墙系统，解决了当前项目由于层高超高，采用常规型材不满足计算要求，装饰效果、经济性不合理的技术难点，同时适配外侧穿孔铝板系统，解决了外侧曲面穿孔铝板幕墙与内侧玻璃幕墙的有效结合。本工程钢铝结合玻璃幕墙系统主要有两种形式：形式一:负一层、一层、商业二层部分，直接采用钢龙骨，考虑装饰效果及防腐要求，外做氟碳喷涂处理，钢龙骨前端采用铝型材转接系统，确保与玻璃面板的良好连接，需注意不同材质之间的电化腐蚀，如图2所示。钢铝结合玻璃幕墙系统（形式一）结构主要由1-13组成，如图2所示。其中，钢铝结合幕墙系统采用钢方管，外套铝合金型材共同作为主要竖向受力结构，竖向结构与主体结构利用L型钢角码螺栓连接。铝合金横龙骨采用井字形铝合金角码作为连接件，采用插接的方式安装固定。玻璃幕墙外侧为穿孔铝板金属幕墙系统，此交接部位需要从内测玻璃幕墙钢管立柱前端焊接钢管支撑件，由于钢管连接件需要穿过外套的铝合金型材表皮，所以需要在铝合金型材表皮前端进行切铣，并在钢管根部考虑加强，因此增加了三角型肋板。钢化中空玻璃的安装仍然延用的是传统的竖明横隐玻璃幕墙型材系统，同样考虑钢管支撑件冲突问题，应提前在铝合金盖板及扣盖位置进行截断，需要注意的是，钢管连接件穿出交接位置与玻璃交接分缝隙部位应考虑有效的密封措施，以防止漏水现象的出现。形式二:酒店南侧部分，部分采用铝包钢的形式（原因之一是在玻璃幕墙钢立柱的前端生根钢结构支撑件，用以安装穿孔铝板幕墙系统），然后在钢龙骨外围再配置一层铝合金型材表皮，这样既满足了结构计算要求，又兼顾了装饰效果，如图3所示。钢铝结合玻璃幕墙系统（形式二）结构主要由1-12组成，如图3所示。其中，钢铝结合幕墙系统直接采用钢方管作为主要竖向受力结构，竖向结构与主体结构利用L型钢角码螺栓连接。钢管横龙骨采用钢制角码作为连接件，采用插接的方式安装固定。玻璃幕墙外侧为穿孔铝板金属幕墙系统，此交接部位需要从内测玻璃幕墙钢管立柱前端焊接钢管支撑件，由于钢管连接件需要穿过前端的铝合金转换件，所以其前端需端铣，在钢管根部考虑加强，增加了三角型肋板。钢化中空玻璃的安装延用传统的竖明横隐玻璃幕墙型材系统，考虑了钢管支撑件冲突问题，提前在铝合金盖板及扣盖位置进行截断，需要注意钢管连接件穿出交接位置与玻璃交接分缝隙部位同样应考虑有效的密封措施，防止漏水现象。2.2内钢、铝结合玻璃幕墙系统的研究内侧钢铝结合玻璃幕墙系统形式一、形式二的施工安装关键步骤由表1、表2所示。3关于外弯曲穿孔板系统的研究3.1装配式金属幕墙系统设计研究外侧应用曲面穿孔铝板系统，要求外层幕墙表皮沿轮廓线采用穿孔铝板进行斜向布置，外层表皮上下顶线标高根据建筑效果为不规则变化，最高点标高为34.8m，最低点标高为9.5m。建筑师要求外侧穿孔铝板幕墙应达到效果图展示的装饰效果，同时具备较好的遮阳，装饰及遮阳效果主要通过以下两点实现：一为铝板色度不同，二是穿孔率差别。尤其在穿孔率较大的部位，从透视的角度考虑，应保证从室内外两侧看去，金属幕墙的钢龙骨都不应过于明显，高标准的建筑效果要求给本项目带来了一定的挑战。在保证结构安全的前提下，通过分析和研究，设计人员研发了一套基层龙骨简洁高效，便于层间转换且角度可调可变的装配式金属幕墙系统，既达到了室内外观感舒适的效果，又实现了装配式施工的目的，同时利用BIM参数化技术指导基层、面层提、下料工作。本系统结构主要由1-19组成，如图5～7所示。其中层间主体结构部位采用钢管连接件外延，通过与矩阵转换钢梁焊接，形成外侧金属幕墙体系连接用转换结构。U型钢制连接件（带加劲板）与矩形转换钢梁按照设计要求间距斜向焊接。矩形钢管龙骨与U型钢制连接件（带加劲板）通过不锈钢螺栓紧固系统调整就位，矩形钢管龙骨前端焊接钢板连接件，固定铝合金竖龙骨。铝合金竖、横向龙骨通过U型铝合金连接件形成穿孔铝板面层框架支撑体系，穿孔铝板面层与铝合金横、竖龙骨角码连接。金属幕墙系统BIM模型详见图4～5所示。3.2钢结构支撑构件安装关键技术工艺要点解析如下：(1）测量放线及三维扫描。首先对总包移交的坐标点进行复核，对建筑物进行多个点位测设，并形成坐标闭合。根据移交的基准点建立铝板的测量体系网，进行测量放线；将钢构支座、支撑钢构、龙骨及面材分缝的三维数据从模型中导出，在实际结构进行定位画点。项目利用三维激光扫描仪对钢结构构件进行现场扫描，进行数据采集，通过配套软件对采集的数据进行处理，然后与理论模型进行对比，进而得到现场实际与理论模型的偏差，针对偏差的大小对理论模型进行调整，使幕墙和钢结构之间的连接件可按照实际尺寸下单，减少了返工，保证了安装效率，同时可以明确责任，为工程签证提供依据。(2）钢结构支撑构件的定位安装。本项目结构异形且内部空间复杂，已建立了整套土建结构的Revit模型，为机电施工、幕墙、装饰装修提供了可视化依据，降低了施工过程碰撞、节省了读图时间、实现了各专业协同。项目技术人员在Revit模型的基础上展开深化，针对曲面异形特点，采用数字技术手段，如测量及三维扫描技术，扫描后利用专用软件导出相关点云数据，结合Rhino软件进行模型修改。如图6～7，存在倒推关系，要定位钢结构支撑构件位置，首先应结合原模型确定Rhino表皮模型，Rhino表皮模型建立采用参数化技术，依次按照幕墙节点系统关系，完成表皮、龙骨、连接件、埋件模型生成，得到钢结构支撑构件相对位置。团队配有程序员，通过BIM工程师建立构件模板，编程使相似构件批量带参数生成，减少了建模的时间。如图8～9所示，按照测量定位钢构支座的三点点位进行钢结构支撑构件安装，支撑构件与主体混凝土结构通过预埋件焊接，图纸设计焊缝四面围焊，先点焊，然后支撑构件复测调整，控制支撑构件标高和位置，复测无误后满焊。(3）钢结构主龙骨安装。钢结构主龙骨与支撑构件通6mm钢板折弯件（氟碳喷涂）连接，通过测量定位支撑构件三点定位进行钢结构主龙骨安装，钢结构主龙骨与支撑构件先点焊，然后钢结构主龙骨复测调整，控制钢结构主龙骨标高、进出位置，保证正控制误差范围，复测无误后满焊，采用6mm钢板折弯件加强满焊，保证结构安全，如图10所示。(4）穿孔铝单板主龙骨安装。本工程以竖向龙骨为主龙骨，首先安装边界竖龙骨，主龙骨与钢结构主龙骨通过8mm厚钢板转接件（氟碳喷涂）连接，定位8mm厚钢板转接件，依据施工基准线，调整位置。依据测量放线定位基点校正边界竖龙骨位置，竖龙骨通过螺栓连接与转接件固定，调整进出位，使其符合安装要求。以边界折转处竖龙骨作为施工基准，按施工图分格要求，安装调整其它竖龙骨，使其平整、平齐、分格均匀。安装完成后复核竖龙骨安装尺寸，如图11所示。(5）安装穿孔铝单板铝合金竖向、横向龙骨体系。穿孔铝单板铝合金竖向龙骨的安装，采用6mm钢板（L=100mm氟碳喷涂）连接，6mm钢板与穿孔铝单板主龙骨焊接。铝合金竖向龙骨与6mm钢板通过螺栓连接固定，调整龙骨完成面的平整度，顺直度，如表3所示。(6）安装穿孔铝单板面板。铝板安装按照一定顺序进行，铝板加工时在加劲肋位置用螺栓栓接铝合金角码，将铝合金角码插入挂码即可固定。穿孔铝单板角码与竖向铝合金龙骨接触位置用柔性垫片垫衬，避免硬性接触且满钉固定，见表3、图5-6所示。穿孔铝单板开缝设计，不需要打胶，严格控制分格缝宽度，穿孔铝单板板块保护膜要清除干净，同时清理被污染的任何装饰面，让穿孔铝单板装饰风格充分体现。安装实景如图12所示。4项目建设及应用效果基于金属面层的双层异形幕墙设计施工技术研究产生综合效益如下：(1）经济效益方面，结合BIM技术、3D扫描技术施工模拟，装配式安装提高施工效率。本项技术经本工程应用，效果良好，可节省施工措施费20%以上，综合降低施工成本10%以上，通过本项技术应用共取得经济效益188.6万元，创效明显。(2）社会效益方面，作为2021年世界大学生运动会主场馆，是四川省政府重点民生工程，建成以后将打造集居住、产业、生态、国际赛事中心功能于一体的区域门户形象，对于提升国际形象，带动周圈配套建设，辐射周边经济，具有深远意义。此外，项目建设过程均得到了新闻媒体的广泛报道，同样取得了较大的品牌效益。本文研究的双层异形幕墙技术依托于成都凤凰山体育中心商业配套幕墙工程，针对工程重难点，开展了如下研究：(1）研发了一套兼顾装饰效果、结构安全、保温节能的新型双层幕墙技术体系，其内侧采用钢铝结合玻璃幕墙形式，外侧采用穿孔铝板幕墙系统。(2）内侧钢铝结合玻璃幕墙系统，形式由于其应用位置及装饰效果要求不同，研发了两种钢铝结合的幕墙形式，较好地解决了由于层高超高，采用常规铝合金型材不满足设计计算要求，装饰效果、经济性均不合理的技术难